способ закрепления труб в трубных решетках

Формула изобретения

Способ закрепления труб в трубных решетках, включающий получение профилированной законцовки в виде кольцевого выступа на внешней поверхности конца трубы путем размещения трубы в разъемной матрице, имеющей кольцевую канавку, и фиксации ее от возможного перемещения с последующим приложением осевого сжимающего усилия к торцу трубы, установку трубы в отверстие трубной решетки, имеющее кольцевую канавку, с расположением кольцевого выступа трубы напротив кольцевой канавки с последующим закреплением трубы в трубной решетке посредством приложения сжимающего усилия на внутреннюю ее поверхность, отличающийся тем, что на лицевой поверхности трубной решетки эквидистантно контуру отверстия выполняют кольцевое углубление, например, треугольного поперечного сечения, профилированную законцовку получают с дополнительным внешним утолщением у торца трубы, при ее установке в отверстие трубной решетки утолщение располагают над лицевой поверхностью последней, а после закрепления трубы утолщение раздают и, не разгружая его, прикладывают сжимающее усилие к торцу трубы, осуществляя заполнение ее материалом вышеуказанного кольцевого углубления с формированием кольцевого валика, фиксирующего трубу на лицевой поверхности трубной решетки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к процессам закрепления труб с профилированными законцовками в трубных решетках теплообменных аппаратов.

Известен способ закрепления труб в трубных решетках, включающий установку трубы в отверстие трубной решетки, имеющее кольцевую канавку, фиксирование трубы от возможных перемещений с последующим ее закреплением в трубной решетке путем приложения осевого сжимающего усилия к торцу (авторское свидетельство 277712, МПК В 21 D 39/06, Бюл. 25 от 05.08.70 г.).

К недостаткам известного способа следует отнести:

1) пониженные характеристики прочности и плотности вальцовочных соединений из-за наличия только одной кольцевой канавки, а также неравномерности радиальной деформации трубы. Последняя существенно сказывается на заполнении кольцевых канавок отверстий в решетках ремонтного варианта, когда исходный односторонний зазор между трубой и стенками отверстия в трубной решетке может достигать величины в 0,7 мм;

2) большие радиальные давления на стенки отверстия в трубной решетке, что вызывает ее деформацию за пределом упругости. При этом с увеличением исходного одностороннего зазора между трубой и стенками отверстия трубной решетки наблюдается увеличение потребного для деформации трубы радиального давления и, как следствие, интенсивное коробление трубной решетки.

Известен также способ закрепления труб в трубных решетках, включающий получение профилированной законцовки в виде кольцевого выступа на внешней поверхности конца трубы путем размещения трубы в разъемной матрице, имеющей кольцевую канавку, и фиксации ее от возможного перемещения с последующим приложением осевого сжимающего усилия к торцу трубы, установку трубы в отверстие трубной решетки, имеющее кольцевую канавку, с расположением кольцевого выступа трубы напротив кольцевой канавки, и последующее закрепление трубы в трубной решетке посредством приложения сжимающего усилия на внутреннюю ее поверхность (RU, 2160175 C2, 10.12.2000, В 21 D 39/06) - прототип.

К главному недостатку известного способа закрепления труб в трубных решетках следует отнести то, что не используется возможность дополнительного фиксирования трубы на лицевой поверхности трубной решетки, которое в определенной степени является резервом для получения долговременных гарантированных служебных характеристик вальцовочных соединений.

Задачей изобретения является разработка такого способа закрепления труб в трубных решетках, который бы позволял формировать торцовые соединения, дополнительно фиксирующие трубу на лицевых поверхностях трубных решеток, что гарантирует долговременность служебных характеристик вальцовочных соединений.

Технический результат достигается тем, что в способе закрепления тpуб в трубных решетках, включающем получение профилированной законцовки в виде кольцевого выступа на внешней поверхности конца трубы путем размещения трубы в разъемной матрице, имеющей кольцевую канавку, и фиксации ее от возможного перемещения с последующим приложением осевого сжимающего усилия к торцу трубы, установку трубы в отверстие трубной решетки, имеющее кольцевую канавку, с расположением кольцевого выступа трубы напротив кольцевой канавки, и последующее закрепление трубы в трубной решетке посредством приложения сжимающего усилия на внутреннюю ее поверхность, согласно изобретению на лицевой поверхности трубной решетки эквидистантно контуру отверстия выполняют кольцевое углубление, например, треугольного поперечного сечения, профилированную законцовку получают с дополнительным внешним утолщением у торца трубы, при ее установке в отверстие трубной решетки утолщение располагают над лицевой поверхностью последней, а после закрепления трубы утолщение раздают и, не разгружая его, прикладывают сжимающее усилие к торцу трубы, осуществляя заполнение ее материалом вышеуказанного кольцевого углубления с формированием кольцевого валика, фиксирующего трубу на лицевой поверхности трубной решетки.

Осуществление предлагаемого способа закрепления труб в трубных решетках позволяет реализовать дополнительное фиксирование трубы на лицевой поверхности трубной решетки, что существенно увеличивает срок межремонтного пробега трубного пучка без заметного увеличения его стоимости.

Это объясняется тем, что, используя упругие характеристики материала трубы, создают контактные остаточные давления между кольцевым валиком на трубе и поверхностью кольцевой канавки на лицевой поверхности трубной решетки.

Таким образом, формируемый из материала трубы кольцевой валик не только развивает поверхность контакта между соединяемыми элементами, но и предотвращает усадку трубы от воздействия коррозии при эксплуатации теплообменного аппарата.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана профилированная законцовка теплообменной трубы и трубная решетка перед их соединением; на фиг. 2 - окончание операции закрепления трубы в отверстии трубной решетки; на фиг.3 - стадия раздачи кольцевого утолщения внутренним давлением; на фиг. 4 - начальная стадия формирования кольцевого валика на лицевой поверхности трубной решетки путем приложения сжимающего усилия к торцу утолщения на трубе; на фиг.5 - окончание стадии формирования кольцевого валика; на фиг. 6 - вальцовочное соединение с дополнительным фиксированием трубы на трубной решетке.

Вариант осуществления изобретения состоит в следующем.

На теплообменной трубе, например, из стали 10 предварительно выполняют подготовительные операции: правку, зачистку внешней поверхности концов и резку в меру. Далее в соответствии с технологией, изложенной, например, в патенте RU 2160175, на концах трубы выполняют профилированную законцовку, содержащую кольцевой выступ и кольцевое утолщение, располагаемое на торце трубы.

Затем трубу 1 устанавливают в отверстие трубной решетки 2, имеющее кольцевые канавки, таким образом, чтобы кольцевой выступ на трубе разместился напротив кольцевой канавки трубной решетки, а кольцевое утолщение осталось за пределами трубной решетки (фиг.1). После чего в отверстие трубы вводят механическую вальцовку и осуществляют закрепление трубы в отверстии трубной решетки (действие роликов механической вальцовки условно заменено на действие в радиальном направлении, показанное стрелками).

Окончание процесса закрепления трубы в отверстии трубной решетки имеет место (фиг. 2), когда кольцевой выступ трубы достигнет донной поверхности кольцевой канавки трубной решетки несколько раньше, чем будет иметь место контакт трубы (ее полотном) со стенками отверстия трубной решетки. В результате завершающая стадия закрепления трубы в отверстии трубной решетки представляет собой поперечный сдвиг полотна трубы относительно неподвижного кольцевого выступа (поверхности сдвига условно показаны пунктирными линиями). Как следствие, труба фиксируется на стенках отверстия трубной решетки.

Далее трубу освобождают от механической вальцовки и производят раздачу кольцевого утолщения, например, жестким пуансоном. При этом внешний диаметр утолщения увеличивается и в объеме последнего аккумулируется соответствующая упругая энергия (фиг.3). Затем, не разгружая кольцевое утолщение от радиальной нагрузки, производят осаживание материала кольцевого выступа, прикладывая усилие сжатия к его торцу (фиг.4). Имеет место пластическое течение материала трубы в свободный объем кольцевой канавки на лицевой поверхности трубной решетки с формированием кольцевого валика. Снятие деформирующих усилий с кольцевого утолщения вызывает его упругую усадку от предварительно накопленной упругой энергии. Однако реализации такой усадки препятствует боковая поверхность кольцевой канавки на лицевой поверхности трубной решетки, что и приводит к дополнительному фиксированию трубы на трубной решетке.

Опытно-промышленная проверка разработанного способа прошла при закреплении труб из стали 10 с поперечным сечением 25х2,5 мм в отверстиях трубных решеток диаметром 25, 4 мм, выполненных из СТ. 3. Толщина трубных решеток составляла 60 мм. Технологическая оснастка для выполнения кольцевых выступов на трубах изготавливалась из стали У 8А, имевшей в закаленном состоянии твердость HRC 56. . .58 ед. Кольцевой выступ на трубе имел диаметр, равный 25,35 мм, что обеспечивало его свободное перемещение как по отверстиям в трубных решетках, так и через отверстия в перегородках.

Высота кольцевого выступа равнялась 0,5 мм, большое основание трапеции составляло 4 мм, малое основание - 2 мм.

Отверстие трубной решетки содержало кольцевые канавки с трапециевидным и треугольным поперечными сечениями. Причем глубина канавки с трапециевидным поперечным сечением равнялась 0,4 мм, малое основание - 2 мм, большое основание - 3 мм.

Трубы с профилированными законцовками получали на горизонтальном гидравлическом прессе, изготовленном на OOO " Ремонтно-механический завод" нефтяной компании ЮКОС.

Закрепление труб в трубных решетках осуществляли на стенде фирмы " Индреско" с использованием отечественных вальцовок.

Ускоренные испытания на плотность, освоенные на OOO " Ремонтно-механический завод", подтвердили высокие служебные характеристики получаемых соединений, а в сравнении с затратами для комбинированных соединений, где применяется обварка труб по торцам, выявили удешевление стоимости их производства на одной трубе примерно на 7,5 рублей.

Изобретение может быть использовано при ремонте и изготовлении новых теплообменных аппаратов, применяемых в различных отраслях промышленности, а также в энергетических установках судов и так далее.